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怎么設計手機D類放大器降低EMI

發(fā)布時間:2012-12-07 責任編輯:echotang

【導讀】:變化的電壓和電流信號會產(chǎn)生電磁場輻射,形成電磁波干擾,這些電磁波信號會影響收音機、電視和手機等產(chǎn)品的正常工作。為了防止電子設備的EMI問題,世界各國都制定了相關的標準規(guī)定,目的都是限制電子產(chǎn)品的電磁波輻射。

由于在效率上相對于AB類放大器的巨大優(yōu)勢,D類放大器的應用越來越廣泛。根據(jù)市場調(diào)研機構 Gartner的報告,D類放大器在2006年至2011年之間的復合年成長率將達15.6%,從3.34億美元成長至6.88億美元,主要的成長動力來自于功耗敏感及空間受限的消費類電子產(chǎn)品。但D類放大器開關輸出的拓撲結構帶來了高頻的EMI,如何控制好D類放大器的EMI,是系統(tǒng)工程師必須要考慮的方面。

D類放大器中EMI的產(chǎn)生

變化的電壓和電流信號會產(chǎn)生電磁場輻射,形成電磁波干擾(EMI:Electro-Magnetic Interference),這些電磁波信號會影響收音機、電視和手機等產(chǎn)品的正常工作。為了防止電子設備的EMI問題,世界各國都制定了相關的標準規(guī)定,如美國的聯(lián)邦通信委員會(FCC:Federal Communication Commission)的認證,目的都是限制電子產(chǎn)品的電磁波輻射。

EMI測試是在特定的電波暗室中進行的,測量由產(chǎn)品中輻射出來的電磁波強度,與FCC等規(guī)范相比較,不得超過規(guī)定的最大能量。FCC規(guī)范中將產(chǎn)品按用途分為 CLASS A 、 CLASS B 兩大類, A 類為用于商務或工業(yè)用途的產(chǎn)品, B 類為用于家庭用途的產(chǎn)品, FCC 對 B 類產(chǎn)品法規(guī)要求更嚴格。

 D類放大器開關輸出的拓撲結構

圖1:FCC 規(guī)范的CLASS A和CLASS B標準

傳統(tǒng)D類放大器開關輸出的拓撲結構是一個很好的EMI發(fā)射源:如調(diào)制的開關信號,開關信號的邊沿變化,電源線上變化的電流信號等都會產(chǎn)生大量的EMI,如下圖所示。

D類放大器開關輸出的拓撲結構 

圖2:D類放大器開關輸出的拓撲結構

不同的發(fā)射源對應了不同的EMI頻譜,由于D類放大器的調(diào)制頻率一般在250kHz到1.5MHz之間,因此調(diào)制的開關信號和電源線上變化的電流信號帶來的EMI主要集中在10MHz以下的頻段;而方波的邊沿變化一般是在納秒級別的,因此它們所帶來的EMI主要集中在幾十MHz到幾GHz的高頻段。

EMI主要通過PCB的走線、通孔和揚聲器的連線向外輻射,較大能量的EMI輻射需要一個“高效率”的天線,對不同的頻率,一個有效的天線長度是該頻率波長的四分之一(λ/4),小于這個長度,就不能形成有效的對外輻射。對30MHz的頻率,采用一般的FR4的PCB板,天線長度需要大于114.1cm才能形成有效的輻射。所以在手機上采用D類放大器時,在放大器輸出的PCB走線和揚聲器連線上的方波邊沿變化是EMI的最重要來源。特別是手機應用中所關心的一些頻段,如下表所示:基本都在100MHz以上,因此我們需要特別地關注由方波邊沿變化所引起的EMI輻射。

 手機應用中的一些頻段

圖3:手機應用中的一些頻段

對前面?zhèn)鹘y(tǒng)D類放大器的輸出波形,由傅里葉分析可知,方波納秒級的邊沿變化和高頻的振鈴會引入非常大的高頻EMI,嚴重影響FM、手機模擬電視等的接收效果,容易出現(xiàn)收聽雜音或雪花臺的情況,讓系統(tǒng)工程師頗感頭痛。

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